Opis metod - cz. II

Transkrypt

Opis metod - cz. II

Koszalin 2006
[BADANIA OPERACYJNE – PROGRAMOWANIE LINIOWE]
Spis treści
1
Problem transportowy .............................................................................................................................................. 2
1.1
Wstęp ................................................................................................................................................................ 2
1.2
Metoda górnego-lewego rogu .......................................................................................................................... 3
1.3
Metoda najmniejszego elementu ................................................................................................................... 11
1.4
Metoda VAM ................................................................................................................................................... 18
1.5
Metoda e-perturbacji ...................................................................................................................................... 28
1.6
Metoda potencjałów ....................................................................................................................................... 30
1.6.1
Budowa cyklu .......................................................................................................................................... 34
1.6.2
Dokończenie zadania .............................................................................................................................. 38
1
Problem transportowy | Anna Tomkowska
[BADANIA OPERACYJNE – PROGRAMOWANIE LINIOWE] Koszalin 2006
1 Problem transportowy
1.1 Wstęp
Rozwiązanie problemu transportowego polega na znalezieniu takiej drogi pomiędzy dostawcami a odbiorcami, której
koszt jest jak najniższy - rozwiązanie optymalne.
Mając przed sobą zadanie transportowe - najpierw budujemy rozwiązanie dopuszczalne następnie sprawdzamy czy
jest rozwiązaniem optymalnym. Jeżeli nie jest budujemy kolejne rozwiązanie dopuszczalne lepsze od poprzedniego
lub przynajmniej nie gorsze. Z nowym rozwiązaniem dopuszczalnym postępujemy jak z poprzednim do momentu
otrzymania wyniku optymalnego.
Zagadnienie transportowe rozwiązujemy w następujących krokach:
krok.1. Znalezienie rozwiązania dopuszczalnego jedną z metod: pn.-zach. kąta, najmniejszego elementu, VAM
krok.2. Obliczenie kosztu rozwiązania
krok.3. Sprawdzenie, czy rozwiązanie jest zdegenerowane (czy jest odpowiednia ilość baz)
krok.4. Jeżeli jest niezdegenerowane należy zastosować metodę e-perturbacji
krok.5. Sprawdzenie, czy rozwiązanie jest optymalne metodą potencjałów
krok.6. Jeżeli nie jest optymalne należy stworzyć cykl i zbudować nowe rozwiązanie dopuszczalne
krok.7. Powtarzanie kroków 5 i 6 do momentu otrzymania rozwiązania optymalnego
Rozwiązanie dopuszczalne - rozwiązanie, które w wyniku daje niski koszt ale jest możliwość w prosty sposób
uzyskania kosztu niższego. Jest to rozwiązanie przejściowe. Istnieje wiele rozwiązań dopuszczalnych dla jednego
zagadnienia transportowego, przy czym każde kolejne ma lepszy (niższy)lub przynajmniej nie gorszy koszt od
poprzedniego.
Rozwiązanie optymalne - rozwiązanie, które w wyniku daje koszt najniższy do uzyskania poprzez znane nam metody.
Jest to rozwiązanie końcowe. Może istnieć kilka rozwiązań optymalnych dla jednego zagadnienia transportowego lecz koszt każdego z nich powinien być taki sam.
Anna Tomkowska | Problem transportowy
2
Koszalin 2006
1.2 Metoda górnego-lewego rogu
Na stronie pokazane zostały obliczenia dla zadania zbilansowanego (zamkniętego) tzn takiego, dla którego suma
podaży równa się sumie popytu. W innym wypadku należy najpierw zadanie sprowadzić do zadania zbilansowanego.
Metoda zwana również pn. - zach. kąta. Metodą tą uzyskamy rozwiązanie dopuszczalne zadania transportowego. Nie
bierze ona pod uwagę macierzy kosztów przez co koszt rozwiązania jest dość wysoki w porównaniu z pozostałymi
metodami.
Wyobraźmy sobie następujące zagadnienie transportowe:
Jesteśmy firmą przewozową (np. oranżady). Czterech producentów oranżady (P1, P2, P3, P4) z różnych miast
dysponuje odpowiednio 20, 30, 10 i 40 skrzynkami napoju. Natomiast 5 sklepów (S1, S2, S3, S4, S5) z innych miast
chętnie kupią odpowiednio 10, 15, 30, 10 i 35 skrzynek. Mamy jak najmniejszym kosztem porozwozić wszystkie
skrzynki, znając koszty drogi od danego producenta (dostawcy) do każdego sklepu (odbiorcy). Koszty te zostały
zestawione w tabeli poniżej (Tabelka.1.).
Tabelka.1. Zestawienie danych z zadania w postaci tabelki
Rozwiązanie problemu metodą pn. - zach. kąta:
Na początek musimy przygotować sobie czystą tabelkę o wymiarze m-wierszy na n-kolumn,
gdzie:
m - liczba odbiorców,
n - liczba dostawców.
Dodajemy wiersz u góry z liczbą towaru do dostarczenia (podaż) i kolumnę na końcu z liczbą towaru do odebrania
(popyt).
3
Tabelka.2. Tabelka na wyniki
Wypełnianie tabelki zaczynamy od pierwszej komórki w górnym, lewym narożniku. Komórce tej odpowiada dana
podaż (w komórce powyżej) oraz dany popyt (w ostatniej kolumnie). Wybieramy spośród nich mniejszą wartość i
wpisujemy ją do komórki. Następnie należy tę wartość odjąć zarówno od podaży jak i od popytu. Dla pierwszej
komórki podaż przyjmuje wartość 20 natomiast popyt 10. Mniejszą spośród nich jest 10 i tą wartość wpisujemy do
komórki. Tą samą wartość (10) odejmujemy zarówno od podaży (20-10=10) jak i od popytu (10-10=0) (Tabelka. 3.).
Tabelka.3. Krok.1. Min(20,10) = 10
Teraz sprawdzamy, gdzie po odjęciu uzyskaliśmy 0 (w podaży czy w popycie). Jeżeli wyzerował się popyt to w danym
wierszu wpisujemy w resztę komórek zera. Jeżeli wyzerowałaby się podaż to należałoby wpisać zera w resztę
komórek w danej kolumnie. W tym przypadku wyzerował się popyt więc należy wypełnić resztę komórek w wierszu
pierwszym zerami (Tabelka. 4.).
Tabelka.4. Popyt = 0. Zerujemy resztę komórek w wierszu.
4
Koszalin 2006
Idziemy do kolejnej wolnej komórki, wpisujemy mniejszą wartość z odpowiadających jej popytu i podaży.
Pomniejszamy o tą samą wartość odpowiadający komórce podaż i popyt (Tabelka. 5.).
Uzyskaliśmy zero w podaży więc wstawiamy zera w resztę komórek w danej kolumnie (Tabelka. 6.).
Tabelka.6. Podaż = 0. Zerujemy resztę komórek w kolumnie.
Uzyskaliśmy zero w popycie więc wstawiamy zera w resztę komórek w danym wierszu (Tabelka. 8.).
5
6
Koszalin 2006
7
Tabelka.16. Popyt = 0. Nie ma więcej komórek w wierszu.
Pomniejszamy o tą samą wartość podaż i popyt (Tabelka. 17.). Jest to już ostatni element w tabelce. Wartość podaży
i popytu dla ostatniego elementu zawsze powinna być taka sama.
Tabelka po tym kroku powinna mieć wszystkie wartości popytu i podaży równe zero. (Tabelka. 18.).
8
Koszalin 2006
Tabelka.18. Ostatni element w tabelce
W ten sposób uzyskaliśmy rozwiązanie dopuszczalne(Tabelka. 19.). Wszystkie zerowe elementy rozwiązania
nazywamy elementami nie bazowymi. Natomiast elementami bazowymi nazywamy wszystkie elementy niezerowe.
Przy czym el. bazowych powinno być m+n-1 (5+4-1=8), wówczas rozwiązanie nazywamy zdegenerowanym. W innym
przypadku rozwiązanie będzie niezdegenerowane a my nie będziemy w stanie sprawdzić jego optymalności metodą
potencjałów.
Tabelka.19. Krok.4. Rozw. dopuszczalne -> zdegenerowane (8 el. bazowych).
Na koniec należałoby policzyć koszt jaki uzyskaliśmy tą metodą. Koszt wyliczamy przemnażając dany element tablicy
kosztów z danym elementem naszego rozwiązania poczym wartości te sumujemy (Tabelka. 20.).
9
Tabelka.20. Koszt rozwiązania dopuszczalnego
Uzyskaliśmy wynik 360. Porównując go z kosztem uzyskanym innymi metodami (najmniejszego elementu lub VAM)
zauważymy, że jest to wynik najgorszy. Wynika to z faktu, że rozwiązując problem metodą pn. - zach. kąta nie
bierzemy pod uwagę kosztów. Dlatego metoda ta rzadko daje nam rozwiązanie optymalne.
10
Koszalin 2006
1.3
Metoda najmniejszego elementu
Pełna nazwa to metoda najmniejszego elementu w macierzy kosztów. Metodą tą uzyskamy rozwiązanie
dopuszczalne zadania transportowego. Bierze ona pod uwagę macierz kosztów dzięki czemu daje w wyniku niski
koszt rozwiązania.
Rozwiązanie problemu metodą najmniejszego elementu macierzy kosztów:
Na początek musimy przygotować sobie dwie tabelki o wymiarze m-wierszy na n-kolumn,
gdzie:
Dodajemy wiersz u góry z liczbą towaru do dostarczenia (podaż) i kolumnę na końcu z liczbą towaru do odebrania
(popyt).
Przy czym pierwsza tabelka jest czysta (na wyniki) druga natomiast wypełniona kosztami (Tabelka.2.).
11
Tabelka.2. Tabelka na wyniki (a) oraz tabelka kosztów (b)
W pierwszym kroku kładziemy przed sobą tabelkę kosztów. Zaczynając od góry szukamy pierwszej komórki o
najmniejszym koszcie, odznaczamy ją. Komórce tej odpowiada jedna wartość podaży oraz popytu. Wybieramy
spośród nich wartość mniejszą i odejmujemy ją zarówno od danej komórki popytu jak i komórki podaży.
Pierwszym minimalnym kosztem jest 1, o podaży = 10 jak i popycie = 10. Wartości podaży i popytu są równe, więc
wartością minimalną będzie 10. Odejmujemy ją od popytu (10-10=0) jak i od podaży (10-10=0) (Tabelka. 3.).
Tabelka.3. Krok.1.Min. koszt = 1. Min(10,10) = 10
Teraz sięgamy po czystą tabelkę. Wpisujemy naszą wartość minimalną min(popyt,podaż) w komórkę, która
odpowiada komórce z minimalnym kosztem w tabeli kosztów. Następnie sprawdzamy, która wartość (popytu czy
podaży) wyzerowała się. Jeżeli wyzerowała się podaż to wstawiamy zera w resztę komórek w tej kolumnie, jeżeli
popyt to wstawiamy zera w resztę komórek danego wiersza. W tym przypadku wyzerowała się zarówna podaż jak i
popyt - wypełniamy więc zerami zarówno wiersz jak i kolumnę (Tabelka. 4.).
Tabelka.4. Miejsce odpowiadające minimalnemu kosztowi w tabeli kosztów - (1,3).
komórki w kolumnie jak i w wierszu.
Popyt=0 i podaż=0, zerujemy
12
Koszalin 2006
Krok drugi - bierzemy tabelkę kosztów i zakreślamy na niej komórki, które wypełniliśmy zerami w tabelce wyników.
Następnie szukamy w niej następnego minimalnego kosztu (pomijając zakreślone komórki). Jest to koszt = 1 o
wartości podaży 30 i popycie 15. Wartością mniejszą jest 15. Odejmujemy ją od podaży (30-15=15) jak i od popytu
(15-15=0) (Tabelka. 5.).
Sięgamy po tabelkę wyników. Wpisujemy 15 w miejsce odpowiadające minimalnej wartości kosztów w tabelce
kosztów. Wyzerował się popyt, więc wypełniamy resztę komórek w wierszu zerami (Tabelka. 6.).
wierszu.
Popyt=0, zerujemy komórki w
Krok kolejny - bierzemy tabelkę kosztów i zakreślamy na niej komórki, które wypełniliśmy zerami w tabelce wyników.
(30-20=10) (Tabelka. 7.).
kosztów. Wyzerowała się podaż, więc wypełniamy resztę komórek w kolumnie zerami (Tabelka. 8.).
13
kolumnie.
Podaż=0, zerujemy komórki w
(10-10=0) (Tabelka. 9.).
kosztów. Wyzerował się popyt, więc wypełniamy resztę komórek w wierszu zerami (Tabelka. 10.).
wierszu.
Popyt=0, zerujemy komórki w
wartości podaży 5 i popycie 10. Wartością mniejszą jest 5. Odejmujemy ją od podaży (5-5=0) jak i od popytu (10-5=5)
(Tabelka. 11.).
14
Koszalin 2006
kosztów. Wyzerowała się podaż, więc wypełniamy resztę komórek w kolumnie zerami (Tabelka. 12.).
kolumnie.
Podaż=0, zerujemy komórki w
wartości podaży 40 i popycie 5. Wartością mniejszą jest 5. Odejmujemy ją od podaży (40-5=35) jak i od popytu (55=0) (Tabelka. 13.).
kosztów. Wyzerował się popyt jednak nie ma w wierszu już więcej komórek do wyzerowania (Tabelka. 14.).
15
Popyt=0, nie ma co zerować.
Krok ostatni - bierzemy tabelkę kosztów i zakreślamy na niej komórki, które wypełniliśmy zerami w tabelce wyników.
Została ostatnia nie zakreślona komórka w tabelce kosztów. Jest to koszt = 6 o wartości podaży 35 i popycie 35. Dla
ostatniego elementu (w ostatnim kroku) popyt i podaż zawsze muszą być sobie równe. Odejmujemy 35 od podaży
(35-35=0) jak i od popytu (35-35=0 (Tabelka. 15.).
Sięgamy po tabelkę wyników. Wpisujemy 35 w ostatnią komórkę tabelki. Wyzerowały się zarówno popyt jak i podaż
(Tabelka. 16.).
Popyt=0, nie ma co zerować.
Tabelka po tym kroku powinna mieć wszystkie wartości popytu i podaży równe zero.
W ten sposób uzyskaliśmy rozwiązanie dopuszczalne(Tabelka. 19.). Wszystkie zerowe elementy rozwiązania
potencjałów.
16
Koszalin 2006
Tabelka.19. Rozw. dopuszczalne -> niezdegenerowane (7 el. bazowych).
Uzyskaliśmy wynik 275. Porównując go z kosztem uzyskanym innymi metodami (pn.-zach. kąta lub VAM)
zauważymy, że wynik nie jest najgorszy (ani najlepszy). W odróżnieniu od metody pn. - zach. kąta w metodzie
najmniejszego elementu bierzemy pod uwagę macierz kosztów.
17
1.4 Metoda VAM
Metodą tą uzyskamy rozwiązanie dopuszczalne zadania transportowego. Bierze ona pod uwagę macierz kosztów
dzięki czemu daje w wyniku niski koszt rozwiązania (często lepszy jak metodą najmniejszego elementu).
Rozwiązanie problemu metodą najmniejszego elementu macierzy kosztów:
Na początek musimy przygotować sobie dwie tabelki o wymiarze m-wierszy na n-kolumn,
gdzie:
Przy czym pierwsza tabelka jest czysta (na wyniki) druga natomiast wypełniona kosztami
Dodajemy wiersz u góry i kolumnę na końcu. W pierwszej tabelce dodatkowy wiersz wypełniamy liczbą towaru do
dostarczenia (podaż), natomiast kolumnę liczbą towaru do odebrania (popyt). W drugiej tabelce dodatkowy wiersz i
kolumnę pozostawiamy czystą (Tabelka.2.).
18
Koszalin 2006
Tabelka.2. Tabelka na wyniki (a) oraz tabelka kosztów (b)
W pierwszym kroku kładziemy przed sobą tabelkę kosztów. Po kolei w każdej kolumnie szukamy dwóch
najmniejszych wartości po czym odejmujemy je od siebie (od większej mniejszą). Tak otrzymane dla każdej kolumny
wyniki (nazwijmy te liczby wskaźnikami) wpisujemy w pusty wiersz tabelki. To samo robimy dla wierszy a wyniki
wpisujemy w ostatnią, pustą kolumnę (Tabelka. 3.).
Tabelka.3. Krok.1. Wyliczanie wskaźników
Następnie szukamy najwyższego wskaźnika (Tabelka. 4a.).
Jeżeli najwyższym wskaźnikiem jest wskaźnik odpowiadający kolumnie wówczas szukamy w tej kolumnie najniższej
wartości kosztu. Jeżeli natomiast odpowiada wierszowi wtedy w tym wierszu szukamy najniższego kosztu. Tutaj
najwyższym wskaźnikiem jest 2 - odpowiada on kolumnie (dlatego została zaznaczona na żółto). Najniższym kosztem
w kolumnie jest wartość 1 (Tabelka. 4b.).
Tabelka.4. Największy wskaźnik - 2. Najniższa wartość kosztu w kolumnie - 1.
Teraz sięgamy po czystą tabelkę. Odnajdujemy w niej komórkę odpowiadającą pozycji wcześniej odnalezionego
minimalnego kosztu w tabelce kosztów. Jest to wiersz 4, kolumna 4. Komórce tej odpowiada podaż i popyt
19
odpowiednio o wartościach 40 i 10. Wybieramy wartość mniejszą - czyli 10 i wpisujemy ją w komórkę. Następnie
odejmujemy tę wartość od podaży (40-10=30) i popytu (10-10=0) (Tabelka. 5a.).
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Jeżeli wyzerowałaby się podaż należałoby
wypełnić resztę komórek w kolumnie zerami. Nam wyzerował sie popyt czyli należy resztę komórek w wierszu
wypełnić zerami (Tabelka. 5b.).
Tabelka.5. Miejsce odpowiadające minimalnemu kosztowi w kolumnie tabeli kosztów - (4,4).
komórki w wierszu
Popyt=0, zerujemy
Krok drugi - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej wiersz lub kolumnę, którą wypełniliśmy powyżej w
tabelce wyników. Po czym na nowo wyliczamy wskaźniki pomijając wykreślone komórki (Tabelka. 6.).
Tabelka.6. Krok.2. Wyliczanie wskaźników.
Następnie szukamy najwyższego wskaźnika. W przypadku (jak poniżej) gdy kilka maksymalnych wskaźników jest
takich samych wybieramy ten, który ma najmniejszą wartość kosztu (w kolumnie - dla wskaźnika odpowiadającego
kolumnie, bądź w wierszu - dla wskaźnika odpowiadającego wierszowi). (Tabelka. 7a.).
wartości kosztu. Jeżeli natomiast odpowiada wierszowi wtedy w tym wierszu szukamy najniższego kosztu.
Najwyższym wskaźnikiem, który zarazem ma najniższą wartość kosztu w kolumnie jest 1 o koszcie również = 1
(Tabelka. 7b.).
20
Koszalin 2006
Tabelka.7. Największy wskaźnik - 1. Najniższa wartość kosztu w kolumnie - 1.
Teraz sięgamy po czystą tabelkę. Odnajdujemy w niej komórkę odpowiadającą pozycji wcześniej odnalezionego
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Wyzerowała sie podaż więc należy resztę
komórek w kolumnie wypełnić zerami (Tabelka. 8b.).
zerujemy komórki w kolumnie.
Podaż=0,
Krok kolejny - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej wiersz lub kolumnę, którą wypełniliśmy powyżej w
tabelce wyników. Po czym na nowo wyliczamy wskaźniki pomijając wykreślone komórki (Tabelka. 9.).
Tabelka.9. Krok.3. Wyliczanie nowych wskaźników.
Następnie szukamy najwyższego wskaźnika. W przypadku (jak poniżej)gdy kilka maksymalnych wskaźników jest
takich samych wybieramy ten, który ma najmniejszą wartość kosztu (w kolumnie - dla wskaźnika odpowiadającego
kolumnie, bądź w wierszu - dla wskaźnika odpowiadającego wierszowi) (Tabelka. 10a.).
21
wartości kosztu. Jeżeli natomiast odpowiada wierszowi wtedy w tym wierszu szukamy najniższego kosztu.
Najwyższym wskaźnikiem, który zarazem ma najniższą wartość kosztu w wierszu jest 1 o koszcie również = 1
(Tabelka. 10b.).
Tabelka.10. Największy wskaźnik - 1. Najniższa wartość kosztu w wierszu - 1.
Teraz sięgamy po tabelkę wyników. Odnajdujemy w niej komórkę odpowiadającą pozycji wcześniej odnalezionego
odpowiednio o wartościach 10 i 10. Wartości są jednakowe, wpisujemy więc w komórkę 10. Następnie odejmujemy
tę wartość od podaży (10-10=0) i popytu (10-10=0) (Tabelka. 11a.).
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Wyzerowały sie zarówno podaż jak i popyt
więc należy resztę komórek w kolumnie i w wierszu wypełnić zerami (Tabelka. 11b.).
zerujemy komórki w kolumnie i w wierszu.
Podaż=0 i popyt=0,
Krok kolejny - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej wiersz lub kolumnę, którą wypełniliśmy powyżej w
tabelce wyników. W tym wypadku zakreślamy zarówno wiersz i kolumnę. Po czym na nowo wyliczamy wskaźniki
pomijając wykreślone komórki (Tabelka. 12.).
22
Koszalin 2006
Następnie szukamy najwyższego wskaźnika. Jest nim wskaźnik o wartości 5 - odpowiadający wierszowi tabelki
(Tabelka. 13a.).
Wskaźnik odpowiada wierszowi, więc w tym wierszu szukamy najniższego kosztu. Najniższym kosztem w wierszu jest
koszt = 1 (Tabelka. 13b.).
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Wyzerowała sie podaż jak więc należy
resztę komórek w kolumnie wypełnić zerami (Tabelka. 14b.).
komórki w kolumnie.
Podaż=0, zerujemy
Krok piąty - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej kolumnę, którą wypełniliśmy powyżej w tabelce wyników.
Po czym na nowo wyliczamy wskaźniki pomijając wykreślone komórki. Nie mamy możliwości wyliczenia wskaźników
dla wierszy ponieważ w nich pozostało tylko po jednej komórce. Wyliczamy więc wskaźnik tylko dla kolumny
(Tabelka. 15.).
23
Mamy tylko jeden wskaźnik o wartości = 1. Wybieramy go (Tabelka. 16a.).
Wskaźnik odpowiada kolumnie więc w niej szukamy minimalnej wartości kosztu - jest nim koszt = 3 (Tabelka. 16b.).
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Wyzerował sie popyt więc należałoby
resztę komórek w wierszu wypełnić zerami jednak nie ma już więcej wolnych komórek w tym wierszu (Tabelka.
17b.).
co zerować w wierszu.
Popyt=0, nie ma już
Krok szósty - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej wiersz, którą wypełniliśmy powyżej w tabelce wyników
(właściwie to tylko jedna komórka). Po czym na nowo wyliczamy wskaźniki pomijając wykreślone komórki. Nie mamy
możliwości wyliczenia wskaźników dla wierszy ponieważ w nich pozostało tylko po jednej komórce. Wyliczamy więc
wskaźnik tylko dla kolumny (Tabelka. 18.).
24
Koszalin 2006
Mamy tylko jeden wskaźnik o wartości = 2. Wybieramy go (Tabelka. 19a.).
Wskaźnik odpowiada kolumnie więc w niej szukamy minimalnej wartości kosztu - jest nim koszt = 4 (Tabelka. 19b.).
Sprawdzamy następnie, która wartość (podaż czy popyt) wyzerowała się. Wyzerował sie popyt więc należałoby
resztę komórek w wierszu wypełnić zerami jednak nie ma już więcej wolnych komórek w tym wierszu (Tabelka.
20b.).
co zerować w wierszu.
Popyt=0, nie ma już
Krok ostatni - bierzemy tabelkę kosztów i wykreślamy w niej wiersz, którą wypełniliśmy powyżej w tabelce wyników
(właściwie to tylko jedna komórka). Nie mamy możliwości wyliczenia wskaźników ponieważ pozostał tylko jeden
element. W ostatnim kroku nie wyliczamy więc wskaźników. Pozostawiony (ostatni) element tablicy kosztów
bierzemy jako ostatni minimalny koszt = 6 (Tabelka. 21.).
25
Tabelka.21. Krok.7. Ostatni krok - brak wskaźników.
Teraz sięgamy po tabelkę wyników. Odnajdujemy w niej komórkę odpowiadającą pozycji ostatniego minimalnego
kosztu w tabelce kosztów. Jest to wiersz 5, kolumna 4. Komórce tej odpowiada podaż i popyt odpowiednio o tych
samych wartościach 5 i 5. Wpisujemy 5 w komórkę. Następnie odejmujemy tę wartość od podaży (5-5=5) i popytu (55=0) (Tabelka. 22a.).
Tabelka po tym kroku powinna mieć wszystkie wartości popytu i podaży równe zero. (Tabelka. 22b.).
koniec.
Popyt=0 i podaż=0,
W ten sposób uzyskaliśmy rozwiązanie dopuszczalne (Tabelka. 23.). Wszystkie zerowe elementy rozwiązania
potencjałów. Nasze rozwiązanie jest niezdegenerowane - ma tylko 6 el. bazowych (powinno być 8).
Tabelka.23. Rozw. dopuszczalne -> niezdegenerowane (6 el. bazowych).
26
Koszalin 2006
Uzyskaliśmy wynik 190. Porównując go z kosztem uzyskanym innymi metodami (pn.-zach. kąta lub najmniejszego
el.) zauważymy, że wynik jest najlepszy. W odróżnieniu od metody pn. - zach. kąta w metodzie VAM bierzemy pod
uwagę macierz kosztów.
27
1.5 Metoda e-perturbacji
Metodę tą zastosujemy w momencie kiedy otrzymamy rozwiązanie dopuszczalne niezdegenerowane (dowolną z
metod opisanych wcześniej). Nie wpływa ona na koszt rozwiązania dopuszczalnego - powoduje jedynie zwiększenie
liczby elementów bazowych
Przyjrzyjmy się rozwiązaniom dopuszczalnym otrzymanym metodami przedstawionymi wcześniej, tj: metodą pn.zach. kąta (Tabelka.1a.), najmniejszego elementu w macierzy kosztów (Tabelka.1b.) oraz VAM (Tabelka.1c.).
Rozwiązanie otrzymane metodą pierwszą ma 8 elementów bazowych, metodą drugą i trzecią - 7, czyli matoda druga
i trzecia dała nam rozwiązanie niezdegenerowane.
Tabelka.1. Rozwiązanie dopuszczalne otrzymane metodą: a)pn.-zach. kąta; b) najmniejszego elementu; c) VAM
Warunkiem rozwiązania zdegenerowanego jest liczba elementów bazowych (baz) równa m+n-1, gdzie:
Dla przedstawionego powyżej problemu transportowego baz tych powinno być 5+4-1 = 8. Taką liczbę baz
otrzymaliśmy w metodzie pn.-zach. Kąta.
Dla rozwiązania niezdegenerowanego nie jesteśmy w stanie zastosować metody potencjałów w celu sprawdzenia
optymalności rozwiązania (metoda potencjałów zostanie wyjaśniona na następnej stronie.
W celu pozbycia się niezdegenerowania rozwiązania stosujemy metodę e-perturbacji.
Wygląda ona następująco (Tabelka.2.):
1. Do każdego odbiorcy dodajemy pomijalnie małą liczbę (nazwijmy ją eta)
2. Do ostatniego dostawcy dodajemy pomijalnie małą liczbę pomnożoną przez liczbę odbiorców (m*eta)
3. Rozwiązujemy zadanie transportowe od nowa wybraną metodą.
Tabelka.2. Metody e-perturbacji.
28
Koszalin 2006
Tabelka.3. Rozwiązanie metodą najmniejszego elementu stosując e-perturbację.
29
Powyżej został przedstawiony przykład zastosowania e-perturbacji w przypadku obliczeń metodą najmniejszego
elementu macierzy kosztów.
Po dodaniu liczby eta do wszystkich odbiorców i liczby m*eta do ostatniego dostawcy postępujemy identycznie jak
zostało to opisane w metodzie najmniejszego elementu.
W rezultacie otrzymaliśmy rozwiązanie dopuszczalne, zdegenerowane o liczbie baz = 8.Należy pamiętać, że liczba eta
jest wartością pomijalnie małą. Może być - w zależności od danych użytych w zadaniu - liczbą na ósmym, dziesiątym
czy setnym miejscu po przecinku (np. eta = 10E-10).
Eta nie jest więc brana pod uwagę podczas wyliczania kosztu. Nasze rozwiązanie nadal ma ten sam koszt = 275.
1.6 Metoda potencjałów
Metoda ta służy do sprawdzenia optymalności rozwiązania dopuszczalnego, zdegenerowanego otrzymanego w
wyniku jednej z metod wcześniej opisanych lub przy pomocy cykli (opisanych nieco później).
Po obliczeniu zadania przy pomocy jednej z opisanych wcześniej metod (pn.-zach. kąta, najmniejszego elementu lub
VAM) oraz ewentualnym pozbyciu się niezdegenerowania uzyskanego rozwiązania metodą e-perturbacji możemy
przystąpić do sprawdzenia czy nasze rozwiązanie dopuszczalne jest optymalnym (czy koszt jest wystarczająco niski).
Posłużymy się w tym celu metodą potencjałów.
Sprawdźmy czy uzyskane przez nas wcześniej metodą pn.-zach. kąta rozwiązanie dopuszczalne jest optymalne.
Przypomnijmy sobie jak wyglądało to zadanie (Tabelka.1.a) i jego rozwiązanie dopuszczalne uzyskane metodą pn.zach. kąta (Tabelka.1.b)
Tabelka.1. Zadanie transportowe (a)i jego rozwiązanie dopuszczalne uzyskane metodą
pn.-zach. kąta (b)
Na początek musimy przygotować sobie tabelkę na wyniki (Tabelka.2). Ma ona wymiar równy tabelce kosztów.
Dodatkowo dostawiamy pusty wiersz u góry i pustą kolumnę na końcu, do których wpisywać będziemy obliczone
potencjały (w wiersz - potencjały V, w kolumnę potencjały U).
Wpisujemy w pierwszą komórkę pustej kolumny (w potencjały U) wartość U1=0. Następnie przepisujemy do tabelki
koszty (z tabelki 1.a) ale tylko w miejscach odpowiadających pozycjom elementów bazowych w rozwiązaniu
dopuszczalnym.
30
Koszalin 2006
Tabelka.2. Tabelka na wyniki
Teraz możemy przystąpić do obliczeń.
Krok.1. Mamy na wejście ustawioną wartość potencjału U1 = 0, więc szukamy w wierszu odpowiadającym temu U1
(czyli w pierwszym wierszu) kosztu - jest nim koszt = 5 w pierwszej komórce. Następnie w potencjał V odpowiadający
znalezionemu kosztowi (czyli V1) wpisujemy wartość równą różnicy kosztu i potencjału U1 (V1=5-0=5). (Tabelka.3.a)
Krok.2.Ustawiliśmy wartość potencjału V1 = 5, więc szukamy w kolumnie odpowiadającej V1 (czyli w pierwszej
kolumnie) kolejnego kosztu - jest nim koszt = 3 (wiersz 2, kolumna 1). Następnie w potencjał U odpowiadający
znalezionemu kosztowi (czyli U2) wpisujemy wartość równą różnicy kosztu i potencjału V1 (U2=3-5=-2) (Tabelka.3.b).
Poczym powtarzamy krok 1 i 2 aż do wyliczenia wszystkich potencjałów. Czyli kolejny krok:
Ustawiliśmy U2 = -2 - szukamy w wierszu drugim kolejnego kosztu (takiego który nie ma jeszcze ustawionego
potencjału V) - jest nim koszt = 1 (wiersz 2, kolumna 2). Następnie w potencjał V2 wpisujemy wartość równą różnicy
kosztu i potencjału U2 (V2=1-(-2)=3) (Tabelka.3.c).
Ustawiliśmy V2 = 3 - szukamy w kolumnie drugiej kolejnego kosztu (takiego który nie ma jeszcze ustawionego
potencjału U) - jest nim koszt = 1 (wiersz 3, kolumna 2). Następnie w potencjał U3 wpisujemy wartość równą różnicy
kosztu i potencjału V2 (U3=1-3=-2) (Tabelka.3.d).
itd
31
Tabelka.3. Wyliczanie potencjałów U i V
32
Koszalin 2006
Poniższa tabelka przedstawia już wyliczone potencjały U i V (Tabelka.4.)
Tabelka.4. Wyliczone potencjały U i V
Kolejnym krokiem jest wyliczenie kosztów pośrednich (Tabelka.5.).
Należy pozostałe (puste) komórki tabelki z wynikami wypełnić sumami potencjału Vi i Uj, gdzie:
i=1,2,..,n
j=1,2,..,m
n - liczba dostawców
m - liczba odbiorców
Tabelka.5. Wyliczanie kosztów pośrednich
Następnie wyliczamy wskaźniki optymalności (Tabelka.7.).
W tym celu zestawmy obok siebie dwie tabelki: tabelkę obliczonych przed chwilą kosztów pośrednich i tabelkę
kosztów z początku zadania (Tabelka.6.)
Tabelka.6. Tabelka kosztów pośrednich (a) i tabelka kosztów (b)
Wskaźniki optymalności wyliczamy odejmując od kosztów pośrednich (Tabelka.6.a) koszty (Tabelka.6.b)
33
Tabelka.7. Wskażniki optymalności
Przyjrzyjmy się teraz wyliczonym wskaźnikom.
Jeżeli wśród nich znajdują się liczby dodatnie wówczas rozwiązanie nie jest rozwiązaniem optymalnym.
Rozwiązanie jest więc optymalne kiedy wszystkie liczby są niedodatnie (ujemne lub zera).
Wśród naszych wskaźników są wartości dodatnie - więc nasze rozwiązanie nie jest optymalne. W takim wypadku
należy przekształcić rozwiązanie - zbudować cykl (o czym mowa na następnej stronie) - następnie ponownie
sprawdzić optymalność rozwiązania metodą potencjałów - znowu zbudować cykl - sprawdzić optymalność - i tak
postępować aż do momentu uzyskania niedodatnich wskaźników optymalności.
1.6.1
Budowa cyklu
Budowanie cyklu służy uzyskaniu rozwiązania dopuszczalnego o niższym koszcie a w rezultacie rozwiązania
optymalnego.
Cykl jest niczym innym jak przeniesieniem części towaru lub całości z droższej trasy na tańszą. Przy czym zachowana
jest równowaga, tzn: każdy odbiorca dostaje dokładnie tyle towaru ile zamówił.
Czyli jeżeli odbiorcy (np. sklepowi 1) zabierzemy skrzynkę oranżady, która miała być dostarczona do niego od
dostawcy (np producenta 1) bo trasa była za droga, to należy mu zapewnić tę skrzynkę od innego dostawcy od
którego koszt drogi jest tańszy.
Cykl składa się zawsze z półcyklu dodatniego i półcyklu ujemnego.
Zobaczmy jak to działa na przykładzie.
Aby stworzyć cykl trzeba mieć rozwiązanie dopuszczalne, które będziemy "polepszać" sprawdzone uprzednio metodą
potencjałów. Niezbędna jest nam tabelka wskaźników optymalności z metody potencjałów. Przypomnnijmy ją sobie
(Tabelka.1.)
34
Koszalin 2006
Tabelka.1. Wskaźniki optymalności z metody potencjałów
Wśród wskaźników szukamy największej wartości na plusie (Tabelka.2.) (jeżeli nie ma dodatnich wskaźników oznacza
to, że rozwiązanie już jest optymalne - nie ma sensu wówczas tworzyć cyklu )
Tabelka.2. Wsk. optymalności. Wartość maksymalna na minusie = -6
Teraz potrzebna będzie nam tabelka z rozwiązaniem dopuszczalnym (pracujemy na rozw. uzyskanym metodą pn. zach. kąta), na którą nanosić będziemy cykl.
Zaznaczamy w tabelce znaczkiem "+" pierwszy element cyklu dodatniego, który zawsze znajduje się w miejscu
odpowiadającym największemu dodatniemu wskaźnikowi w tabelce wskaźników (Tabelka.3.). Oznacza to, że w to
miejsce opłaca się przenieść towar z innych elementów bazowych.
Tabelka.3. Rozw. dopuszczalne. Naniesiony I element półcyklu dodatniego
Stajemy na komórce z zaznaczonym plusem i od tego miejsca tworzymy cykl w następujący sposób:
Poruszamy się tylko po elementach bazowych (dodatnich).
Mamy już element półcyklu dodatniego więc należy teraz stworzyć element półcyklu ujemnego. Szukamy w wierszu,
w którym stoimy elementu bazowego, takiego który z kolei będzie miał element bazowy w kolumnie. Jest nim
element o wartości 35 - zaznaczamy go znaczkiem "-" (Tabelka.4.).
35
Tabelka.4. Rozw. dopuszczalne. Naniesiony I element półcyklu ujemnego
Mając element półcyklu ujemnego tworzymy kolejny element półcyklu dodatniego. Stoimy na komórce stworzonego
elementu półcyklu ujemnego. Szukamy w kolumnie, w której stoimy elementu bazowego, który jednocześnie ma
element bazowy w wierszu. Jest nim element o wartości 5 - zaznaczamy go znaczkiem "+" (Tabelka.5.).
Tabelka.5. Rozw. dopuszczalne. Naniesiony II element półcyklu dodatniego
Stworzywszy element półcyklu dodatniego tworzymy kolejny element półcyklu ujemnego. Stoimy na komórce
stworzonego elementu półcyklu dodatniego. Szukamy w wierszu, w której stoimy elementu bazowego, który
jednocześnie ma element bazowy w kolumnie. Jest nim element o wartości 5 - zaznaczamy go znaczkiem "-"
(Tabelka.6.).
Tabelka.6. Rozw. dopuszczalne. Naniesiony II element półcyklu ujemnego
W ten sposób dodajemy na zmianę element półcyklu dodatniego i ujemnego do momentu zamknięcia się cyklu
(Tabelka.7.).
36
Koszalin 2006
Tabelka.7. Kolejne kroki tworzenia cyklu
Mamy stworzony cykl. Należy teraz znaleźć wartość minimalną wśród elementów cyklu ujemnego - poczym odjąć tą
wartość od wszystkich elementów cyklu ujemnego oraz dodać do wszystkich elementów cyklu dadatniego.
Elementami cyklu ujemnego są: 35, 5, 25, 10. Najmniejszą spośród nich jest 5 i tę liczbę odejmujemy od elementów
cyklu ujemnego i dodajemy do elementów cyklu dodatniego. W wyniku czego otrzymujemy nowe rozwiązanie
dopuszczalne (Tabelka.8.).
Tabelka.8. Nowe rozwiązanie dopuszczalne
Procedura cyklu spowodowała, że doszła nam jedna nowa baza (wiersz 5, kolumna 1), oraz jedna nam odeszła
(wiersz 4, kolumna 3). Stąd nadal mamy 8 elementów bazowych - rozwiązanie jest zdegenerowane.
Obliczmy koszt nowego rozwiązania dopuszczalnego i porównajmy ze starym (stary koszt = 360)
37
Tabelka.9. Koszt nowego rozw. dopuszczalnego
Uzyskaliśmy niższy koszt - rozwiązanie jest lepsze. Pozostało teraz sprawdzić metodą potencjałów optymalność
rozwiązania i powtórzyć procedurę jeżeli rozwiązanie nie jest optymalne.
Kilka uwag do tworzenia cyklu
1. Na półcykl dodatni (ujemny) składają się minimum 2 elementy a maksymalnie (m+n-1)/2 elementów. Stąd cały
cykl ma min 4 elementy (2 dodatnie i 2 ujemne) a maksymalnie m+n-1.
2. W jednym wierszu (kolumnie) może być 0 lub 2 elementy półcyklu (półcykl dodatni i ujemny)
3. Gdy zdarzy się, że będzie kilka takich samych wartości minimum w cyklu ujemnym i odejdzie nam więcej niż jeden
element bazowy należy je przywrócić z powrotem. Pozbywamy sie tylko jednej bazy (tej o najwyższym koszcie)
natomiast pozostałym wyzerowanym bazom nadajemy pomijalnie małą wartość eta (np: eta = 10E-10). W ten sposób
zawsze mamy rozwiązanie zdegenerowane. Przykład takiego postępowania można zobaczyć na nastęnej stronie
(Dokończenie zadania).
1.6.2
Dokończenie zadania
Punkt Problem transportowy oraz wszystkie jego podpunkty są kontynuacją obliczania pewnego zagadnienia
transportowego, które w tym punkcie ostatecznie rozwiążemy.
Przypomnijmy co do tej pory wyliczyliśmy.
38
Koszalin 2006
Oto nasz problem:
Tabelka.1. Zagadnienie transportowe - dane
Uzyskaliśmy rozwiązanie dopuszczalne trzema metodami: pn.-zach. kąta, najmniejszego elementu, VAM. Przy czym
tylko metodą pn.-zach. kąta uzyskaliśmy rozwiązanie zdegenerowane.
Tabelka.2. Rozwiązanie dopuszczalne otrzymane metodą:
najmniejszego elementu; c) VAM
a)pn.-zach. kąta; b)
Następnie dowiedliśmy metodą potencjałów, że rozwiązanie dopuszczalne uzyskane metodą pn.-zach. kąta nie jest
rozwiązaniem dopuszczalnym. Dlatego stworzyliśmy dla niego cykl i otrzymaliśmy nowe rozwiązanie dopuszczalne:
Tabelka.3. Drugie rozwiązanie dopuszczalne
Nowy koszt: 315
koszt się zmniejszył
Sprawdzamy optymalność rozwiązania metodą potencjałów:
39
Tabelka.4. Koszty pośrednie (a) i wskaźniki optymalności (b)
Nie wszystkie wskaźniki są niedotatnie - rozwiązanie nie jest optymalne
Maksymalna wartość wskaźnika to 4. Figurują dwa takie same minima - wybieramy te o mniejszej wartości kosztu w
macierzy koszytów
Tworzymy cykl:
Tabelka.5. Cykl (a) i nowe rozw. dopuszczalne (b)
Nowy koszt: 295
Nie wszystkie wskaźniki są nie dodatnie - rozwiązanie nie jest optymalne
Maksymalna wartość wskaźnika to 7 - od niego zaczynamy tworzyć cykl.
Tworzymy cykl:
40
Koszalin 2006
Z bazy odeszły dwa elementy, jeden o niższym koszcie należy przywrócić - nadając jej wartość eta
Nowy koszt: 225
Nie wszystkie wskaźniki są niedotatnie - rozwiązanie nie jest optymalne
macierzy koszytów
Tworzymy cykl:
Nowy koszt: 180
Nie wszystkie wskaźniki są nie dodatnie - rozwiązanie nie jest optymalne
macierzy kosztów
41
Tworzymy cykl:
Nowy koszt: 180
koszt nie uległ zmianie (przesunięcie eta)
Nie wszystkie wskaźniki są nie dotatnie - rozwiązanie nie jest optymalne
Maksymalna wartość wskaźnika to 1.
Tworzymy cykl:
Nowy koszt: 180
koszt nie uległ zmianie (przesunięcie eta)
42
Koszalin 2006
Wszystkie wskaźniki są nie dodatnie - rozwiązanie jest optymalne
Tabelka.15. Rozwiązanie optymalne
Koszt rozwiązania optymalnego: 180
43

Opis metod - cz. II

Transkrypt

Podobne dokumenty

Ambitne zadania dla umiej¡cych programowa¢

Praca w systemie „WET SYSTEMS”

Skład Rady Budżetu Obywatelskiego

pasy transportowe